A Faipari Tudományos Egyesület büszke a tagjai által elért sikerekre. Prof. em. Dr. Tolvaj László, az MTA doktora új könyvet jelentetett meg, melynek címe Optical Properties of Wood: Measurement Methods and Result Evaluations. Ezen alkalomból interjú készült a nemzetközileg elismert kutatóval, a Faipari Tudományos Egyesület elnökségi tagjával.
FATE: Mi motiválta Önt, mint egyetemi tanárt és MTA doktort, hogy a faanyagok színével és kutatásával foglalkozzon, és miért választotta ezt a témát a könyvéhez? Volt személyes indíttatás is?
Tolvaj László: Már gyermekkoromban is érdekelt a körülöttünk lévő színvilág és a testek színe. Mindig is foglalkoztatott, hogy az egyes csodálatos színek hogyan jönnek létre. Egyetemistaként már másodéves koromtól rendszeresen bejártam a Fizika Tanszék optika laboratóriumába. Eleinte csak segédkeztem az oktatók méréseinél, majd önálló témában kezdtem dolgozni. A téma a festékoldatok fluoreszcenciája volt, melyből TDK dolgozatot és diplomamunkát is írtam. Az egyetemi doktori dolgozatomat az aminosavak optikai tulajdonságai témakörben készült.
Az Erdészeti és Faipari Egyetemre kerülésemkor kínálkozott, hogy az optikai mérések területein szerzett tapasztalataimat felhasználjam a faanyag vizsgálatánál. Az 1980-as években a méréstechnikai eszközök csak a színmérést tudták megvalósítani kellő pontossággal. (A faanyag fényabszorpciós tulajdonságainak mérése csak áttételesen volt lehetséges, nagyon drága műszerekkel.) Noha a színméréshez voltak műszerek, az adatok kiértékelése nagy kihívást jelentett. A számítógépek hiányában a köbgyökös képletekkel való számolás hosszadalmas és türelmes munkát igényelt.
A színmérés lehetősége adta, hogy a gőzölés színváltoztató hatásának, tudományos igényű, feltárásával kezdtem foglalkozni. A számítógéppel támogatott mérőműszerek megjelenése lehetővé tette, hogy a faanyag fényreflexiós tulajdonságainak méréséből meghatározzuk az abszorpciós tulajdonságokat. Innentől jól tudtam használni az egyetemista koromban megtanult spektroszkópiai ismereteket.
Ismerve a faanyagkutatás szakirodalmát, azt láttam, hogy az optikai tulajdonságok tekintetében még nem készült átfogó mű a faanyagkutatás területén. A 40 éves kutatómunkám eredményei jó alapot adtak a könyv megírásához. A könyvben csak olyan ábrák szerepelnek, melyek a kutatócsoportom munkájaként készültek.
Hogyan értékeli a faanyagok optikai tulajdonságai kutatásának fontosságát általános tudományos és ipari szemszögből?
A szín az egyik legfontosabb esztétikai paramétere a bennünket körülvevő fából készült tárgyaknak. Fontos tudni, hogy a faanyag színe nagyon érzékeny a külső behatásokra (hőhatás, fényhatás, esővíz kimosó hatása). Ennek az érzékenységnek van pozitív és negatív vetülete is. A kedvezőtlen színű faanyagok színét módosíthatjuk termikus kezeléssel kellemes, melegséget sugárzó barnás árnyalatúvá, és az erősen inhomogén színek is közelebb vihetők egymáshoz. A kutatások feladata feltárni a kezelési paraméterek pontos határait, és az elérhető szélső értékeket. A változások pontos feltárásának szükségességére érdemes megemlíteni egy ipari gőzölési problémát az előző évszázad hetvenes-nyolcvanas éveiből. Az akác faanyag gőzölésénél nagy problémát jelentett, hogy az elért szín nem volt reprodukálható. Az egyes gőzölések eredményei között jelentős színeltérések voltak, a látszólag azonos gőzölési körülmények ellenére is. Ráadásul ez a probléma a bükk faanyag gőzölésekor sohasem jelentkezett. A részletes laboratórium vizsgálatok kimutatták, hogy az akác faanyag színváltozása nagyon érzékeny a gőzölési hőmérsékletre. Két-három C°-os hőmérséklet eltérés már látható színeltérést okoz. Az akkori (20-30 évvel ezelőtt épített) gőzölő berendezéseknél viszont az állandó hőmérséklet nem volt tartható. Ez a probléma okozta az egyes gőzölések eltérő színeit. Az is kiderült, hogy bükkgőzölés esetén ez a hőmérsékletfüggés nincs meg atmoszférikus gőzölésnél.
A könyv bemutatja, hogy termikus kezelések széles skálájával hogyan lehet a faanyagok nem kedvező színét módosítani. Ha kihasználjuk a víz jelenlétének katalizáló hatását, akkor relatíve alacsony hőmérsékleteken (100 °C alatt) is lehet jelentős színmódosítást elérni. Ez a gőzölési folyamat viszont megkívánja, hogy a gőztérben telített páratartalom legyen. A könyv részletezi a megvalósítás fizikai körülményeit. A száraz termikus kezelés hatásait széles hőmérsékleti tartományban (90-200 °C) mutatja be a könyv.
A faanyag fotodegradációjával foglalkozó fejezetek inkább elméleti megfontolásokat tartalmaznak, segítik a folyamatok megértését.
Milyen kihívásokkal szembesült a kutatás során az optikai tulajdonságok mérésének és eredmények értékelésének terén?
A hetvenes-nyolcvanas években hatalmas és időigényes feladat volt a színmérés eredményeinek kiértékelése. A számítógépek megjelenése megmutatta, hogy ezek a gépek milyen nagy terhet vesznek le a kutatók válláról. (Ezt a mai fiatal generáció már el sem hiszi.) Az infravörös színképek kiértékelése, pedig reménytelen volt a számítógépek nélkül, hiszen egyetlen színkép közel 4000 adatot tartalmaz.
Szerencsre ez a probléma már a múlté. A számítógéppel támogatott mérőműszerek nagyon megkönnyítik a kutatók munkáját. A számítógépek viszont nem gondolkodnak azon, hogy a végrehajtandó program helyes-e. Kiszámolják, amit a program mond. Ezért egyre többször találkozok a szakirodalmakban téves értékelésekkel.
A faanyag optikai tulajdonságainak mérésénél nagy kihívást jelent a felület inhomogenitása és az érdességbeli eltérések jelenléte. Ha egy kezelés hatásainak vizsgálatánál nem pontosan ugyanazon a felületdarabon végezzük a mérést a kezelés előtt és után, akkor az anyagszerkezeti inhomogenitást is belemérjük a kezelés hatásába. A két hatás szétválasztása utólag szinte lehetetlen. Hasonló probléma, ha a felület érdessége megváltozik a kezelés során. Az érdesség változásával megváltoznak a felület fényreflexiós tulajdonságai. Ez problémát jelent a színmérésnél és az abszorpciós tulajdonságok meghatározásánál is. Ilyenkor a felület enyhe összenyomása segíthet.
Hogyan illeszkedik ez a könyv a jelenlegi tudományos irodalomban lévő „színes” kutatásokhoz?
A színmérés egy nagyon komplex probléma, hiszen egy érzetet kell számszerűsíteni. A tudósok sokféle színmérő rendszert alkottak meg, de még egyik sem tökéletes. Faanyagokra vonatkozóan, különösen a sötét színű faanyagoknál, találkozunk anomáliákkal. A könyv rávilágít ezekre az anomáliákra, és megoldási javaslatokkal is szolgál. Fontos azonban megjegyezni, hogy ezek a javaslatok a faanyagok által lefedett relatíve kis méretű színtartományra vonatkoznak. Más tartományokban nem biztos, hogy érvényesek. Egyébként a színrendszerekkel általában az a baj, hogy a „széleken” nem tökéletesek.
A könyv hiánypótló abban a tekintetben, hogy összefoglalja a faanyag színével és színváltozásával kapcsolatos ismereteket.
Milyen előrelépéseket mutat fel a könyv a faanyagok optikai tulajdonságainak mérési módszerei terén, és hogyan segíthet ez a jövőbeli kutatásokban és ipari alkalmazásokban?
A modern mérőberendezések egyre jobban elkényelmesítik a kutatókat. Egyre kevesebb figyelmet igényel a mérendő minta előkészítése. Ez persze rendszerint a minőségromláshoz vezet, mert sokszor nem teljesülnek azok a feltételek, melyeket a mérő rendszer megkíván. Erre jó példa a totálreflexiós spektrummérés. Nem igényel különösebb mintakészítést. Csak rá kell tenni a mérendő felületet a mérőkristályra, és mehet a mérés. A felhasználók rendszeresen elfelejtik (vagy nem is tudják), hogy ez a mérés megkívánja a tökéletes kontaktust a mérendő minta és a kristály között. Faanyag esetében viszont ez a feltétel csak gyengén teljesül, a pórusos szerkezet miatt. Ezért csak nagyon gyenge intenzitásokat lehet mérni ezzel a módszerrel faanyag esetében. (A diffúz reflexiós módszer tízszer nagyobb intenzitásokat ad, de speciális mintaméretet kíván.) Ennek ellenére a publikációkban egyre gyakrabban találkozhatunk a totálreflexiós módszerrel faanyagok esetében.
A könyv részletesen elemzi az egyes mérőmódszereket, bemutatva azok előnyeit és hátrányait és speciális mintakészítési igényeit. Ennek segítségével a kutatók kiválaszthatják a számukra legmegfelelőbb módszereket.
A könyv bemutatja a különbségi színkép megalkotását és értékelését. Vele a nagyon összetett infravörös színképek jól értékelhetők, mert csak a kezelés hatására létrejött változásokat mutatja. Ezt a módszert még nagyon kevesen használják a faanyag szakirodalmában. Ezen segíthet a könyv, mert részletes leírást tartalmaz a mérések megvalósítására és a kiértékelésre vonatkozóan.
Ipari alkalmazás lehet a színreprodukálás ellenőrzése egy gyártási folyamatban, vagy a szín szerinti osztályozás. De ezekkel a problémákkal a könyv nem foglalkozik.
Milyen célcsoportnak szánja elsősorban a könyvet, és milyen előismeretekre vagy szakértelemre van szükség a legjobb megértéséhez?
A könyv első alfejezete bemutatja azokat az alapismereteket, melyek szükségesek a megértéshez. Segítségükkel a könyv leírásai követhetők. De igyekeztem magyarázatokat hozzáfűzni, és sok részletes ábrával szemléltetni a bemutatott jelenségeket.
A könyv elsősorban kezdő kutatóknak szól. Felhívja a figyelmet azokra a nehézségekre, buktatókra, melyeket én az elmúlt 40 év során megtapasztaltam a faanyagok optikai tulajdonságainak mérése során.
A gőzöléssel kapcsolatos részek a kutatók mellett az ipari szakembereknek is szólnak. Ez az alfejezet részletesen bemutatja 8 fafaj színváltozását a gőzölés során.
Hogyan lehet alkalmazni a könyvben bemutatott kutatási eredményeket a faipari, építészeti vagy más ipari területeken?
A könyv anyaga két fő téma köré csoportosul. Az egyik a spektroszkópiai mérések köre. Ez kutatáselméleti jellegű, és alapkutatási eredményeket mutat be. Itt csupán a kültérbe kerülő fából készült konstrukciók felületének védelmére találunk utalásokat. A színméréssel foglalkozó fejezeteknek viszont van mondanivalója a faipar számára.
A könyv részletesen bemutatja 8 fafaj (akác, bükk, cser, nyár, erdei fenyő, luc, vörösfenyő, sugi) gőzölési tulajdonságait. Ezek az ismeretek a faipar számára azért fontosok, mert megmutatják a kevésbé értékes faanyagok magasabb értékűvé tételének egyik útját. A részletesen megadott színkoordináták lehetőséget adnak a restaurátorok számára is, hogy a kívánt színű faanyagokat gőzöléssel előállítsák. A gőzölés módszere sokkal eredményesebb, mint a felületkezelés, hiszen a felület sérülése, utólagos megmunkálása nem okoz színvesztést, mert a színváltozás a teljes keresztmetszetben megtörténik a gőzölés során.
Megítélésem szerint a gőzölésnek a kevésbé attraktív vagy nagyon inhomogén színű faanyagok esetében van jelentősége (akác, cser, nyár, álgesztes bükk). A barna irányába eltolt és jelentősen homogenizálódott szín ezeknek a faanyagoknak a felhasználását nagymértékben kiszélesíti.
A könyv részletesen foglalkozik a száraz termikus kezelés színmódosító hatásával is. Széles hőmérséklet tartomány (90-200 °C) színváltoztató hatását mutatja be.
Milyen szerepet játszanak az optikai tulajdonságok a faanyagok minőségének és tartósságának értékelésében?
Ezen a területen az optikai tulajdonságoknak információs szerepük van. A reflexiós tulajdonságok erősen függenek a felület érdességétől. Már nagyon kicsi érdesség változások is képesek mérhető reflexió-változást produkálni. A napfény és az esővíz károsító hatása jól követhető az érdesség változásának mérésével. A sötét színű faanyagok általában tartósabbak, mint a világosok, ami az extrahálható anyagtartalommal függ össze. De ez az anyagtartalom határozza meg a faanyag színét is. A színbeli tarkaság a faanyag egyik nagyszerű esztétikai tulajdonsága, ha a szomszédos sávok színbeli átmenetei nem élesek. A természet csodálatos rajzolatok létrehozására képes a faanyagban.
Mik a könyv fő üzenetei vagy főbb eredményei, amelyeket szeretne kiemelni az olvasóknak?
A könyv jelentős része gyakorlati ajánlásokat tartalmaz. A fő célja, hogy tanácsokat adjon a PhD hallgatóknak és fiatal kutatóknak, hogy hogyan kell elvégezni a korrekt méréseket. Az elmúlt 40 évben nagyon sok optikai mérést végeztem. A sokezer mérésnél szerzett tapasztalatokat, buktatókat is bemutatja a könyv. Fontos tudni, hogy az egyes jelenségek alakulását rendszerint nagyon sok tényező befolyásolja. Ezét, ha egy tényező hatását akarjuk vizsgálni, akkor a többi lényeges tényezőt ki kell iktatni. Ellenkező esetben a hatások szuperprodukcióját mérjük. Erre jó példa a kültéri kitettségi vizsgálat. Itt nem követhetők pontosan az egyes hatások csak a szuperpozíció. Természetesen ennek a vizsgálatnak is van jelentősége, de az eredmény egyfajta átlag.
Azoknál a méréseknél, ahol többféle módszer is rendelkezésre áll a könyv bemutatja az egyes módszerek előnyeit és hátrányait, valamint az esetleg előforduló anomáliákat. Így a gyakorlattal még nem rendelkező kutatóknak útmutatást ad a számukra optimális megoldások megválasztásához.
A faanyag gőzölése témakörben a könyv részletes eredményekkel szolgál az elérhető színek területén, és teljes részletességgel tárgyalja a fotodegradáció témakörét is.
Hogyan látja a faanyagok optikai tulajdonságaira irányuló kutatások jövőjét, és mit javasolna a kezdő kutatóknak, esetleg mitől óvná őket?
A faanyagok kémiai tulajdonságaink, és ezek részletes feltárásának egyre nagyobb jelentősége lesz. A kémiai tulajdonságok határozzák meg a faanyag szinte összes egyéb tulajdonságát. Ezért is fontos a kémiai tulajdonságok minél részletesebb feltárása. A molekulákon belüli kémiai szerkezet megfigyelésére és elemzésére a mikroszkópok már nem képesek a nagyítási korlátjaik miatt. A fotonok viszont képesek kölcsönhatásba lépni az egyes kémiai csoportokkal a molekulán belül. Ennek a kölcsönhatásnak az eredménye a (elsősorban az infravörös) színképekben megjelenik. Ezért az infravörös spektroszkópia alkalmazása még nagyon sokáig jószolgálatot tehet a faanyagkutatásban.
A faanyag mechanikai tulajdonságait nagyban befolyásolja a cellulózon belüli kristályos és amorf szerkezetek aránya. Ezt az arányt meg tudjuk változtatni kezelésekkel (például termikusan). Az arányváltozás jól követhető az infravörös spektrum segítségével. Így a mechanikai tulajdonságok változása az infravörös spektrum mérésével követhető.
Még jónéhány, kevésbé hasznosított fafaj esztétikai tulajdonságait lehet javítani gőzöléssel, azok mellett melyeket a könyv tárgyal. Ezzel a megoldással, az energetikai hasznosítás mellett vagy helyett, a fatermékek élettartamát jelentősen meg lehet növelni.
Fontos tudni, hogy a spektroszkópiai mérések többségének és az adatfeldolgozó technikáknak vannak érvényességi korlátjai, és anomáliákat is generálhatnak. A kutatóknak ezekre tekintettel kell lenniük, hogy elkerülhessék a téves következtetéseket. A könyv felhívja a figyelmet arra, hogy a szakirodalomban megjelenő kutatások eredményeit és feldolgozását mindig kritikával kell fogadni. Egyre gyakoribb probléma, hogy a kutatók átvesznek egy hibás módszert, és azt egyre többen másolják, minden kritika nélkül.
A FATE vezetősége ezúton is gratulál a könyvhöz és további sikeres kutatómunkát kíván!
forrás: FATE
